Simulation of power losses in the frequency converter

Abstract

EN: The article presents a method of computer simulation of static and dynamic power losses in semiconductor diodes and transistors of the semiconductor converter SIEMENS SINAMICS G110. Analytical expressions describing static and dynamic power losses in power semiconductor diodes and transistors are given. Mathematical expressions were obtained by the method of polynomial approximation of power characteristics of IGBT modules, on the basis of which the block of calculation of static and dynamic power losses was developed in the Matlab / Simulink program. A computer model of the SIEMENS SINAMICS G110 frequency converter was developed using blocks from the SimPowerSystem library, on which the study of power loss components was performed. The results were verified by comparing the simulation data with the data of the frequency converter manufacturer. With the help of the developed unit for calculating power losses, the dependences of power losses on the switching frequency and load current are obtained. The dependences of power losses on the frequency of pulse-width modulation are investigated.

RU: В статье представлен метод компьютерного моделирования статических и динамических потерь мощности в полупроводниковых диодах и транзисторах полупроводникового преобразователя SIEMENS SINAMICS G110. Приведены аналитические выражения, описывающие статические и динамические потери мощности в силовых полупроводниковых диодах и транзисторах. Методом полиномиальной аппроксимации силовых характеристик IGBT модулей получены математические выражения, на базе которых в программе Matlab/Simulink разработан блок расчёта статических и динамических потерь мощности. Разработана компьютерная модель преобразователя частоты SIEMENS SINAMICS G110 с использованием блоков из библиотеки SimPowerSystem, на которой проведены исследования составляющих потерь мощности. Верификация результатов проведена путём сопоставления данных моделирования с данными производителя преобразователя частоты. С помощью разработанного блока расчёта потерь мощности получены зависимости потерь мощности от частоты коммутации и тока нагрузки. Исследованы зависимости потерь мощности от частоты широтно-импульсной модуляции.